A James Webb űrtávcső régen várt felbocsátása ismét csúszik ugyan, de remélhetőleg csak minimálisan: az indulás jelenleg december 24-re van kitűzve. A 10 milliárd dolláros beruházás minden idők egyik legösszetettebb űrmérnöki kihívása, és ha beválik, számos kérdésre választ kínálhat az utóbbi fél évszázadban felmerült csillagászati kérdésekkel kapcsolatban. Ehhez végre el kell érnie az űrt, majd megfelelően kell működnie.
Legyen nagy és hideg
A kozmosz fiatal korának megjelenítéséhez nagyon távolra kell nézni, amihez óriási és rendkívül sima tükörre van szükség, hogy segítsen összegyűjteni a távoli, halvány galaxisok fényét. A hatalmas tükör azonban önmagában nem elegendő: ennek nagyon hidegnek is kell lennie, hogy az ősi csillagok eredetileg ultraibolya és látható tartományban kisugárzott, de az univerzum tágulása miatt vörösbe tolódott fényét detektálni tudja a rendszer, és ne járuljon hozzá a tükör is a tetemes infravörös zajhoz. És mindezt fel kell juttatni az űrbe.
Ezzel kapcsolatban a legnyilvánvalóbb technikai kihívás, hogy a James Webb 6,5 méter átmérőjű főtükrének be kell férnie egy rakéta rakományába, amihez a tükörnek összehajthatónak kell lennie.
Az új űrtávcső esetében ezt hatszögletű panelek révén oldották meg, amelyeket viszont nemcsak, hogy ki kell hajtogatni az űrben, de észlelés közben úgy kell egymás mellé helyeződniük, hogy egy tökéletes felületet alkossanak. Ezért minden tükörelemet rendkívül precíz motorok irányítanak, amelyek egy vírusrészecske felének megfelelő pontossággal tudják pozicionálni az adott hatszöget.
A halvány infravörös források detektálása persze nemcsak az univerzum hajnalába enged bepillantást, de a kozmosz más fontos rejtélyeibe is, az exobolygók részletes tanulmányozásától kezdve az univerzum tágulási ütemének meghatározásáig. Mindennek távcsöves detektálásához azonban szükséges még egy elem: ki kell zárni a közeli zavaró tényezőket. Ennek érdekében a teleszkóp a Nap–Föld-rendszer második Lagrange-pontját veszi célba.
Vagyis azt a gravitációsan semleges pontot, amely a Föld pályáján kívül helyezkedik el, a Hold távolságának nagyjából négyszeresére. Innen nézve a Nap, a Hold és a Föld mindig egy szűk területen marad az égbolton, és a Föld kitakarja a Napot. Így a három égitest egy kellően nagy árnyékoló ernyővel teljesen kitakarható.
A James Webb árnyékoló fóliája kifeszítve 21,2 x 14,2 méter nagyságú.
Ezt tehát szintén össze kellett hajtogatni az űrbe juttatáshoz, ahol pedig ismét ki kell majd bontani. Az árnyékoló ráadásul rendkívül sérülékeny, mivel nagyon vékony anyagból készült: öt rétegből áll, amelyek 0,05, illetve 0,025 milliméter vastagságúak. Az árnyékoló azért ilyen vékony, hogy minél kisebb súlyt kelljen az űrbe juttatni. Az alacsony súly a távcső minden elemének fejlesztése során fontos szempont volt, a végső szerkezet nagyjából 2 százalékát nyomja annak, mint amekkora egy hasonló, de földi távcső súlya lenne. A James Webb tömege 6500 kilogramm, alig több mint a fele a Hubble űrtávcső tömegének, amely csak egy 2,4 méter átmérőjű főtükörrel rendelkezik.
Tükröm, tükröm
A távcső jelenleg már egy Ariane–5 rakéta tetején található, összecsomagolt állapotban várva a felbocsátást. A rakéta második fokozatának átmérője 5,4 méter, magassága 4,7 méter, akkora helyre kellett tehát összecsomagolni a hatalmas távcsövet.
A James Webb fejlesztése a tervezés kezdetétől több mint 30 évet vett igénybe, és az első tervekhez képest eddig 14 évet csúszott a felbocsátás. Az űrtávcső végül 20-szor annyiba került, mint ami az eredeti tervekben szerepelt.
Ennek fényében sokan várják nagy izgalommal a felbocsátást. A fejlesztők és a reménykedő csillagászok ráadásul az űr sikeres elérése esetén sem lehetnek nyugodtak, hiszen a startot követő 6 hónapból az első a tükör és az árnyékoló kihajtogatásával, a következő öt pedig kalibrálással fog telni, a tervezett pálya elfoglalása mellett. Ezen folyamatban a legkisebb hiba is végzetes lehet, és drága űrszemétté degradálhatja a projektet. És ezúttal nem lesz lehetőség a javításra sem, amire a Hubble katasztrofális indulása után még volt mód.
A James Webb fejlesztéséről még a Hubble felbocsátása előtt, 1987-ben kezdtek beszélni az Space Telescope Science Institute (STScI) munkatársai. Már a korai elképzelésekben körvonalazódott, hogy az új távcsőnek egy olyan műszer lenne ideális, amely a Hubble-höz hasonló érzékenységű, de az infravörös tartományban. Ehhez viszont a Hubble 2,4 méteres főtükrénél jelentősen nagyobb tükörre volt szükség. Így az is világos volt, hogy a főtükröt a fellövéshez össze kell hajtani, és hogy valamilyen módon hűteni kell. Ennek megfelelően már a korai fázisban felmerült a passzív hűtés, az árnyékoló és az L2-es pálya ötlete, amely utóbb aktív kriohűtéssel is kiegészült.
A 6,5 méteres tükörméretet 2001-ben véglegesítette a NASA, de ekkor még mindig kérdés volt, hogyan fog beférni egy ekkora konstrukció egy 5,4 méter átmérőjű rakétafokozatba. Az összehajtogatás módjának kidolgozásához külső cégeket bíztak meg, és végül a javaslatokat ötvözve jött létre a végleges terv. A James Webb főtükre 18 darab hexagonális elemből áll, amelyek együtt egy óriási hatszöget formálnak. A nagy hatszög két oldalán behajtható.
Az egyenként 1,32 méter ármérőjű tükörelemek arannyal bevont, ultrakönnyű berilliumból készültek, és orientációjukról összesen 126 piciny motor gondoskodik.
Árnyak és gondok
Ami a másik kulcsfontosságú összetevőt az árnyékolót illeti, ez Kaptonból, egy fényes, ezüstös műanyagból készült, amely külsőre leginkább a chipses zacskók belsejére emlékeztet, de csak olyan vastagságú, mint egy emberi hajszál.
Mivel az anyag sérülékeny, összesen öt rétegben alkalmazták, hogy ha egy réteg kiszakad, a többi még kellőképpen le tudja árnyékolni a távcsövet.
A rétegeket ennek megfelelően egyenként kell kibontani, és külön-külön kifeszíteni egy oszlopokból, kábelekből és zsinórokból álló rendszerrel. A meghajtórendszer és a napelemek az árnyékoló napos oldalára kerülnek, míg az összes többi alkatrész az árnyékos oldalra, ahol az árnyékoló mínusz 223 °C-on tartja a rendszereket.
A rétegek megfelelő hajtásmódját 2004 környékén ötlötték ki a szakértők, akik többszöri próbálkozás után egyfajta harmonikahajtás mellett döntöttek. A következő kihívás annak megoldása volt, hogyan tartsák összehajtott állapotban az ernyőt a kihajtásig. Ezt végül 107 visszahúzható, apró szegeccsel oldották meg. Ami viszont újabb problémákat szült, hiszen a szegecsek lyukakat hagynak, és ha a különböző rétegek lyukai egy vonalba esnek, átengedik a napfényt. Vagyis a következő kihívás az volt, hogy a szegecseket és az összehajtott rétegeket úgy helyezzék el, hogy a lyukak sose essenek egy vonalba a kibontás után.
A fejlesztés egyébként igazi nemzetközi vállalkozás volt, a kamerákat, a spektrográfokat és a koronagráfot több amerikai intézmény mellett az Európai Űrügynökség munkatársai fejlesztették. A munka során rengeteg problémával kellett megküzdeni, és ahogy teltek az évek, és velük együtt a projekt költsége is folyamatosan növekedett, a start pedig csúszott. 2011-ben majdnem végleg lefújták az egészet, de végül sikerült megmenteni a projektet, és megkezdődhetett az összeszerelés. Az elemeket alapos teszteknek vetették alá, hogy biztosítsák, az űrben működni fognak, ami újabb problémák sorát hozta elő, köztük egészen banálisakat is.
Az egyik rázóteszt után például az árnyékoló fedőjét tartó csavarok és anyák egy részét a földön találták, mivel mint kiderült, nem voltak rendesen meghúzva. Egy másik alkalommal az árnyékoló kinyitásának gyakorlása közben az anyag megakadt valahol, és végighasadt. Máskor látszólag gond nélkül kinyílt, de az egyik tartószál nem volt a helyén.
Amikor pedig a távcsövet a Johnson Űrközpontba szállították, hogy űrbéli körülmények között teszteljék, miután azt a tesztkamrában sikerült lehűteni, jött a Harvey-hurrikán, amely egész Houstonban katasztrofális áradásokat okozott. A Webbet tesztelő csapat pedig ott állt a lehűtött távcsővel és egyre kevesebb folyékony nitrogénnel a hűtéshez, ami azért volt gond, mert a rendszerek túl gyors felmelegítésével azok károsodását kockáztatták volna. A szükséges nitrogént végül az elárasztott utakon keresztül juttatták el az űrközpontba.
Irány a finis
A gondok az utolsó időszakban sem szűntek meg, most éppen a hordozó és az űrtávcső közti kommunikációs problémák miatt csúszott újabb két napot a start. Reméljük azonban, hogy ez már tényleg az utolsó csúszás. Az elmúlt hónapokban a fejlesztők többször is sikeresen kinyitották, majd összehajtogatták az árnyékolót. Szeptemberben pedig sor került az utolsó nagy tesztre, az összecsomagolt, összehajtott tükrű távcsövet az oldalára fektették, majd újra függőlegesbe hozták, és ellenőrizték, minden stimmel-e.
Amikor úgy tűnt, hogy igen, oldalra fektetve bekerült egy hajókonténerbe, amelyben Kaliforniából Francia Guyanába szállították, ahonnan az Európai Űrügynökség nagy méretű Ariane–5 rakétái indulnak, kihasználva a Föld tengelyforgását. A távcső december 11-én került a hordozórakéta tetejére, és azóta már a külső burkolatot is köré építették.
A rakéta várhatóan december 22-én kerül a starthelyre, és ha minden jól megy, december 24-én indul, a közép-európai idő szerint 13:20 körül. Ha sikerül a felbocsátás, az űrtávcső egy hónap alatt éri el az L2 Lagrange-pontot, és közben kinyitja a tükröt, valamint az árnyékolót.
Az irányítók ezt az időszakot, a rizikós marsi landolásokból ihletet merítve csak 30 nap rettegésként emlegetik, hiszen ha bármi gond komoly gond történik, nincs mód külső korrekcióra. Mike Menzel, a projekt főmérnöke ugyanakkor bizakodó: „Abban biztos vagyok, hogy mindent megtettünk, amit csak lehetett. A felmerülő kockázatok elfogadhatóan alacsonyak, minden a lehető legjobban működik. Így bízom benne, hogy minden rendben lesz.”
